RU2018412C1

RU2018412C1 - Method for production of chromium boride

Info

Publication number: RU2018412C1
Authority: RU
Inventors: Г.К. Тарабрин; А.Г. Ситнов; В.С. Белкин; Е.Н. Чиженков; В.П. Тарабрина
Original assignee: Акционерное общество "Ванадий - Тулачермет"
Priority date: 1989-04-11
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1994-08-30

Abstract

FIELD: production of chromium bromide. SUBSTANCE: process of melting of product per block in ore-smelting electric furnace is carried on with use of charge in which relation between boron trioxide and chromium sesquioxide and carbonin charge to sum of chromium and boron oxides equal 0.3-0.45 and 0.25-0.4, respectively. Then, block produced in ore-smelting furnace is subjected to fine grinding with subsequent sieving to separate class of minus 0.4 and useful fraction is subjected to gravitation-air cleaning up to carbon concentration of 1.0-2.0. Produced intermediate product is subjected to final grinding to size of minus 0.4 mm, mixing with sifting, fraction of minus 0.2 is sifted, and remaining part is subjected to gravitation air or hydraulic cleaning from free carbon to concentration of 0.5-1%. Then, semifinished product is subjected to final grinding up to size of minus 0.2, mixing with siftings, hydraulic cleaning from free carbon and subsequent treatment with mineral acids. EFFECT: higher efficiency. 4 cl, 6 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения карбидов металлов в рудно-термической электропечи. The invention relates to metallurgy, in particular to methods for producing metal carbides in an ore-thermal electric furnace.

Известен способ получения карбидов металлов в электропечи [1]. A known method of producing metal carbides in an electric furnace [1].

Наиболее близким техническим решением является способ получения карбоборида хрома [2], состава, мас.%: Сr 68-72; бор 10-12; связанный углерод 13,6-15,8. The closest technical solution is a method for producing chromium carboboride [2], composition, wt.%: Cr 68-72; boron 10-12; bonded carbon 13.6-15.8.

Этот способ осуществляют в дуговой электропечи плавкой на блок, чередуя шихту двух видов, на первой стадии используют шихту, в которой отношение триоксида дибора к сесквиоксиду хрома равно 0,4-0,6, а отношение углерода к сумме оксидов и бора равно 0,5-0,55, вторую стадию - корректировку шихты осуществляют, используя шихту, в которой при прежнем отношении триоксида дибора к сесквиоксиду дихрома, отношение углерода к сумме оксидов хрома и бора берут равным 0,45-0,49. Этот прием обеспечивает заданное содержание связанного углерода в карбориде хрома, однако сплав получают неравновесным по углероду и, кроме того, он содержит до 15 мас.% Сч₃С₂.This method is carried out in an electric arc furnace melting into a block, alternating a batch of two types, in the first stage a batch is used in which the ratio of dibor trioxide to chromium sesquioxide is 0.4-0.6, and the ratio of carbon to the sum of oxides and boron is 0.5 -0.55, the second stage - the mixture is adjusted using a mixture in which, with the previous ratio of dibor trioxide to dichrom sesquioxide, the ratio of carbon to the sum of chromium and boron oxides is taken equal to 0.45-0.49. This technique provides a predetermined content of bound carbon in the chromium carbide, however, the alloy is produced non-equilibrium in carbon and, in addition, it contains up to 15 wt.% Sch ₃ C ₂ .

Использование шихты двух составов усложняет процесс и приводит к получению блока сплава неравномерного состава. Этот продукт обладает положительными свойствами при использовании его в качестве наплавочного материала. Однако он имеет и целый ряд недостатков. The use of a charge of two compositions complicates the process and results in an alloy block of uneven composition. This product has positive properties when used as a surfacing material. However, it has a number of disadvantages.

Поскольку кристаллизация сплава идет на блок, то он содержит 13-16% связанного. При наплавке, например, порошковой лентой поверхности детали в результате выделения углерода по границам зерен образуются поры. Наличие пор недопустимо, поскольку они являются местами значительного разрушения, например, засыпных аппаратов доменных печей при одновременном воздействии на контактную поверхность колошниковой пыли и агрессивного газа. Наличие в продукте в равновесном состоянии трех фаз борида хрома (CrB) 80-85%, Cr₃C₂(10-15% ) и графита до 6%, приводит к тому, что не достигается необходимая степень легирования поверхности бором, а поверхность детали имеет более низкую твердость (на 10-20%). Кроме этого, наличие Cr₃C₂, фазы, имеющей низкую пластичность, приводит к тому, что она слабо сопротивляется ударным нагрузкам.Since the crystallization of the alloy goes to the block, it contains 13-16% bound. When surfacing, for example, with powder tape, the surface of the part as a result of carbon evolution at the grain boundaries, pores are formed. The presence of pores is unacceptable, since they are places of significant destruction, for example, of the charge apparatuses of blast furnaces with simultaneous exposure to the contact surface of blast furnace dust and aggressive gas. The presence in the product in the equilibrium state of the three phases of chromium boride (CrB) 80-85%, Cr ₃ C ₂ (10-15%) and graphite up to 6%, leads to the fact that the required degree of surface alloying with boron is not achieved, and the surface of the part has a lower hardness (10-20%). In addition, the presence of Cr ₃ C ₂ , a phase having a low ductility, leads to the fact that it weakly resists impact loads.

Указанные недостатки могут быть устранены при использовании для этих целей твердых растворов хром-бор-углерод с отношением бора к хрому, равным 0,2-0,3, и отношением углерода связанного к сумме бора и хрома в сплаве, равным 0,05-0,1. При таком соотношении будет получаться однофазный продукт - борид хрома, содержащий от 5 до 8 мас.% углерода в твердом растворе. Состав продукта, следующий мас.%: хром 75-82, бор 14-17 и связанный углерод 5-8. Микротвердость этого материала составляет 2000-2400 кг/мм², модуль упругости повышается до 4500 кгс/мм², наличие пор при наплавке, образующихся за счет выделения графита, исключается. Отсутствие хрупкой фазы Cr₃C₂ повышает износостойкость на 20-25%.These disadvantages can be eliminated by using chromium-boron-carbon solid solutions for this purpose with a boron to chromium ratio of 0.2-0.3 and a carbon ratio of the boron and chromium in the alloy equal to 0.05-0 ,1. With this ratio, a single-phase product will be obtained - chromium boride, containing from 5 to 8 wt.% Carbon in solid solution. The composition of the product, the following wt.%: Chromium 75-82, boron 14-17 and bound carbon 5-8. The microhardness of this material is 2000-2400 kg / mm ² , the modulus of elasticity increases to 4500 kgf / mm ² , the presence of pores during surfacing, formed due to the precipitation of graphite, is excluded. The absence of a brittle phase Cr ₃ C ₂ increases the wear resistance by 20-25%.

Целью изобретения является получение однофазного борида хрома с отношением бора к хрому и углерода связанного к сумме элементов, равным, соответственно, 0,2-0,3 и 0,05-0,1, повышение износостойкости покрытий на деталях, упрощение процесса и повышение выхода годного. The aim of the invention is to obtain a single-phase chromium boride with a ratio of boron to chromium and carbon bound to the sum of the elements equal, respectively, 0.2-0.3 and 0.05-0.1, increasing the wear resistance of coatings on parts, simplifying the process and increasing yield fit.

Сущность изобретения заключается в том, что процесс выплавки продукта в рудно-термической электропечи на блок ведут с использованием шихты, в которой отношение триоксида дибора к хрому сесквиоксиду составляет 0,3-0,45, а отношение углерода к сумме оксидов бора и хрома равно 0,25-0,4. С целью снижения потерь мелких фракций борида хрома при удалении свободного углерода и примесей продукт сначала измельчают до крупности минус 5 мм, затем отсевают фракцию минус 0,4 мм, а фракцию 5-0,4 мм подвергают гравитационно-воздушной очистке с удалением свободного углерода до концентраций 1,0-2,0% , затем диспергируют его до фракции минус 0,4 мм, смешивают с отсевами предыдущей операции, отсевают фракцию минус 0,2 мм, а класс 0,4-0,2 мм подвергают гравитационно-воздушной или гидравлической очистке от порошка от свободного углерода до концентраций 0,5-1,0% , затем диспергируют класс минус 0,4-0,2 до крупности минус 0,2, смешивают его с отсевами предыдущей операции и подвергают гидравлической очистке от свободного углерода с последующей обработкой минеральными кислотами для удаления примесей серы. The essence of the invention lies in the fact that the process of smelting the product in an ore-thermal electric furnace to the unit is carried out using a charge in which the ratio of dibor trioxide to chromium sesquioxide is 0.3-0.45, and the ratio of carbon to the sum of boron and chromium oxides is 0 , 25-0.4. In order to reduce the loss of fine fractions of chromium boride during the removal of free carbon and impurities, the product is first crushed to a particle size of minus 5 mm, then a fraction of minus 0.4 mm is screened, and a fraction of 5-0.4 mm is subjected to gravity-air cleaning to remove free carbon to concentrations of 1.0-2.0%, then it is dispersed to a fraction of minus 0.4 mm, mixed with screenings of the previous operation, the fraction minus 0.2 mm is screened, and a class of 0.4-0.2 mm is subjected to gravity-air or hydrotreating powder from free carbon to concentrations 0.5-1.0%, then disperse the class minus 0.4-0.2 to fineness minus 0.2, mix it with the screenings of the previous operation and undergo hydraulic cleaning of free carbon, followed by treatment with mineral acids to remove sulfur impurities.

Если использовать шихту, в которой отношение триоксида дибора к хрому сесквиоксиду будет меньше 0,3, то не будет обеспечено условие получения твердого раствора углерода в бориде хрома из-за низкого содержания бора. Отношение оксида бора к оксиду хрома более 0,45 не обеспечит получения однофазного твердого раствора углерода в бориде хрома из-за низкого содержания хрома. If you use a mixture in which the ratio of dibor trioxide to chromium sesquioxide is less than 0.3, then the condition for obtaining a solid solution of carbon in chromium boride will not be ensured due to the low content of boron. A ratio of boron oxide to chromium oxide of more than 0.45 will not provide a single-phase solid solution of carbon in chromium boride due to the low chromium content.

Если отношение углерода к сумме оксидов хрома и бору будет меньше 0,25, то не будет обеспечено получение однофазного твердого раствора углерода в бориде хрома из-за низкого содержания углерода, наличия недовосстановленных оксидов. If the ratio of carbon to the sum of chromium oxides and boron is less than 0.25, then a single-phase solid solution of carbon in chromium boride will not be obtained due to the low carbon content and the presence of unreduced oxides.

Отношение углерода к сумме оксидов хрома и бора более 0,04 недопустимо из-за высокого избытка углерода, получения неравновесных твердых растворов и значительного выделения графита при наплавке. При стадии очистки обеспечивают оптимальные условия удаления свободного углерода и других примесей при незначительных потерях годного продукта мелких фракций. Если для гравитационно-воздушной очистки использовать продукт крупностью более 5 мм, то не обеспечится глубина очистки от свободного углерода менее 1%. Измельчение материала до крупности менее 0,4 мм недопустимо из-за высоких потерь продукта при очистке. Предварительный отсев фракции минус 0,4 мм исключает потери продукта при гравитационно-воздушной очистке. The ratio of carbon to the sum of chromium and boron oxides of more than 0.04 is unacceptable due to the high excess of carbon, the production of nonequilibrium solid solutions and the significant release of graphite during surfacing. During the purification stage, optimal conditions are provided for the removal of free carbon and other impurities with insignificant losses of the suitable product of fine fractions. If a product with a particle size of more than 5 mm is used for gravity-air cleaning, then the depth of free carbon less than 1% will not be ensured. Grinding the material to a particle size of less than 0.4 mm is unacceptable due to the high loss of the product during cleaning. Preliminary screening of the fraction minus 0.4 mm eliminates product loss during gravity-air cleaning.

Продукт класса 5-0,4 мм используется самостоятельно для легирования специальных материалов, используемых для напыления и служит полупродуктом для получения сплава более мелких классов. A product of the class 5-0.4 mm is used independently for alloying special materials used for spraying and serves as an intermediate for producing an alloy of smaller classes.

Последующее измельчение продукта крупностью 5-0,4 мм до крупности минус 0,4 с возвратом отсева предыдущей операции с отсевом фракции минус 0,2 мм обеспечивает не только стабильное удаление свободного углерода до концентрации 0,5-1,0% , но и исключает потери фракций минус 0,2 мм и обеспечивает высокую производительность процесса и выход годного. Порошок класса 0,4-0,2 мм - самостоятельный продукт, который используется как материал для электродов, наплавочных лент, создания композиционных порошков, так и служит полупродуктом для получения порошка фракции минус 0,2 мм. Последующее измельчение класса 0,4-0,2 мм до фракции минус 0,2 мм с возвратом отсевов фракции предыдущей операции (класс - 0,2 мм) без измельчения исключает переизмельчение отсевов фракции минус 0,02 мм, а, следовательно, повышен выход годного при очистке продукта. Subsequent grinding of the product with a particle size of 5-0.4 mm to a particle size of minus 0.4 with a return of screening of the previous operation with a screening fraction of minus 0.2 mm ensures not only the stable removal of free carbon to a concentration of 0.5-1.0%, but also eliminates loss of fractions minus 0.2 mm and provides high process performance and yield. Powder of the 0.4-0.2 mm class is an independent product that is used as a material for electrodes, surfacing tapes, the creation of composite powders, and serves as an intermediate for producing a fraction powder minus 0.2 mm. Subsequent grinding of the class 0.4-0.2 mm to the fraction minus 0.2 mm with the return of the screenings of the fraction of the previous operation (class 0.2 mm) without grinding eliminates the re-grinding of the screenings of the fraction minus 0.02 mm, and, therefore, the yield is increased suitable for product cleaning.

Отработка класса минус 0,2 мм минеральными кислотами обеспечивает удаление примесей серы до концентрации менее 0,04 %. Testing of the class minus 0.2 mm with mineral acids ensures the removal of sulfur impurities to a concentration of less than 0.04%.

Борид хрома класса минус 0,2 мм использовали для производства наплавочных материалов повышенного качества и особого назначения, а также как композиционный порошок для напыления. Chromide boride of class minus 0.2 mm was used for the production of surfacing materials of high quality and special purpose, as well as as a composite powder for spraying.

В табл.1 представлен химический состав элементов (борид хрома). Table 1 shows the chemical composition of the elements (chromium boride).

Гранулометрический состав представлен в табл. 2. The particle size distribution is presented in table. 2.

В табл. 3 представлен химический состав полупродукта и показатели плавки. In the table. 3 presents the chemical composition of the intermediate and the indicators of melting.

Состав полупродукта плавок 2 и 3 соответствует требованиям по всем элементам и свободного углерода, кроме серы для марки БХ-1. The composition of the intermediate product of swimming trunks 2 and 3 meets the requirements for all elements and free carbon, except sulfur for grade BH-1.

В табл. 4 представлен состав продукта БХ-1 и БХ-2 после дробления до фракции 5,0-0,4 и без отсева фракции минус 0,4, отсева фракции минус 0,4 и гравитационной очистки от свободного углерода плавок 2 и 3. In the table. 4 shows the composition of the product BH-1 and BH-2 after crushing to a fraction of 5.0-0.4 and without screening the fraction minus 0.4, screening the fraction minus 0.4 and gravitational cleaning of free carbon of swimming trunks 2 and 3.

Таким образом, для класса 0,4-5,0 мм обеспечиваются оптимальные условия удаления свободного углерода при минимальных потерях. Thus, for the class of 0.4-5.0 mm, optimal conditions for the removal of free carbon with minimal losses are provided.

Продукт соответствует марке БХ-2 по всем элементам. The product complies with the BH-2 brand for all elements.

Для марки БХ-1 сера выше требований. For grade BH-1, sulfur is higher than the requirements.

Переизмельчение или измельчение до минус 6,0 приводит к очень большим потерям. Re-grinding or grinding to minus 6.0 leads to very large losses.

В табл. 5 представлен состав продукта после диспергирования до минус 0,4; минус 0,5 и выделения класса 0,4-0,2 смешиванием с отсевами с последующей гидравлической отмывкой. In the table. 5 shows the composition of the product after dispersion to minus 0.4; minus 0.5 and class 0.4-0.2 separation by mixing with screenings, followed by hydraulic washing.

Помол крупнее 0,4 и менее 0,2 недопустим из-за очень высоких потерь. Продукт полностью соответствует марке БХ-2 и БХ-1 по всем элементам, кроме серы. Grinding larger than 0.4 and less than 0.2 is unacceptable due to very high losses. The product is fully consistent with the brand BH-2 and BH-1 for all elements except sulfur.

В табл. 6 представлен состав продукта после измельчения до фракции минус 0,2 смешением с отсевами класса минус 0,2 и последующей обработкой 5%-ной соляной кислотой при Т:Ж=1:5. In the table. 6 shows the composition of the product after grinding to a fraction of minus 0.2 by mixing with screenings of class minus 0.2 and subsequent treatment with 5% hydrochloric acid at T: W = 1: 5.

По всем элементам продукт соответствует маркам БХ-1 и БХ-2, кроме вариантов помола до крупности минус 0,4 по сере. For all elements, the product corresponds to the brands BH-1 and BH-2, except for grinding options to fineness minus 0.4 for sulfur.

Таким образом выбранный интервал обеспечивает получение продукта в соответствии с требованиями с минимальными потерями. Изучение микроструктуры, локальный и рентгено-структурный анализы показали, что предложенный способ обеспечивает получение однофазных твердых растворов углерода в бориде хрома. Микротвердость составляет 2000-2400 кг/мм², модуль упругости 4000-4500 кгс/мм², износостойкость наплавленного слоя увеличивается до 900-1100 ч, т. е. на 20-30%.Thus, the selected interval ensures the receipt of the product in accordance with the requirements with minimal loss. The study of the microstructure, local and x-ray structural analyzes showed that the proposed method provides single-phase solid solutions of carbon in chromium boride. The microhardness is 2000-2400 kg / mm ² , the elastic modulus is 4000-4500 kgf / mm ² , the wear resistance of the deposited layer increases to 900-1100 hours, i.e. by 20-30%.

Claims

1. METHOD FOR PRODUCING CHROMIUM BORIDE, including the preparation of a mixture by mixing powders of chromium and boron oxides and a carbon reducing agent with pelletizing, portioning the mixture into an ore-thermal furnace, heat treatment and subsequent grinding of the intermediate product with the separation of free carbon and impurities, characterized in that, for the purpose increasing single-phase chromium boride with the ratio of boron to chromium and bound carbon to the sum of the elements, respectively 0.2 - 0.3 and 0.05 - 0.1, increasing the wear resistance of coatings on the surface, simplifying the process and increase yield, heat treatment of the charge is carried out with a ratio of boron trioxide to chromium sesquioxide and carbon in the charge to the sum of the oxides of chromium and boron, respectively 0.3 - 0.45 and 0.25 - 0.4.

2. The method according to p. 1, characterized in that, in order to reduce losses and obtain a product of class 0.4 - 5.0 mm, after heat treatment, the intermediate is subjected to fine grinding and sieving with separation of the fraction -0.4 and subsequent gravitational-air purification of the suitable fraction to a carbon concentration of 1.0 - 2.0.

3. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that, in order to increase the degree of purification, yield and obtaining a fraction of 0.2 - 0.4, the intermediate according to claim 2, is crushed to a particle size of -0.4 mm, mixed with screenings, the fraction is separated - 0.2 and the remainder is subjected to gravity-air or hydraulic cleaning of free carbon to a concentration of 0.5 - 1%.

4. The method according to PP. 1 - 3, characterized in that, in order to increase the degree of purification from sulfur and obtain a product fraction of -0.2, the intermediate product according to claim 3 is crushed to a particle size of -0.2, mixed with screenings according to claim 3, subjected to hydraulic cleaning from free carbon, followed by treatment with mineral acids.